磁力T型壓電俘能器參數共振及其特性研究

鄒 政，馬 戈，汪 燦，謝 進

（西南交通大學機械工程學院，四川成都 610031）

1 引言

近年來，振動能量收集的研究引起人們的廣泛關注[1?2]。通常將振動能量轉化為電能的裝置稱為俘能器。由于壓電俘能器具有結構簡單、無污染、壽命長、易于實現裝置的微小化等優點而成為了研究熱點[3]，其最常見結構為壓電懸臂梁。

環境中的振動是多方向，現有的研究大多是研究直接激勵（激勵方向垂于梁長）下的壓電俘能器，而對于參數激勵（激勵方向平行于梁長）的研究較少。

文獻[4]建立了參數激勵下的壓電俘能器集總參數模型，通過解析法和實驗研究了多個參數對俘能器的影響。

文獻[5]推導了受參數激勵懸臂梁的非線性分布參數模型，考慮了幾何、慣性、壓電材料等多種非線性因素的影響。與直接激勵相比，參數激勵引發的參數共振具有能將輸出功率提高一個數量級的潛力，但需要克服和阻尼相關的激勵閾值，否則系統不能發生參數共振，進而穩態響應趨向于0。

文獻[6?7]采用實驗的方法，利用彈簧放大振動激勵，進而降低了參數共振的激勵閾值，但是俘能帶寬比較窄。

為了降低參數共振的激勵閾值，并拓展能量俘獲的頻率帶寬，提出了一種磁力T型壓電俘能器。

采用數值方法，分析、對比磁力T型雙梁壓電俘能器以及作為其特例的參數激勵單梁俘能器的俘能特性，從而說明磁力T型雙梁壓電俘能器在降低閾值和拓展俘能帶寬的主要優點。

2 磁力T型壓電俘能器動力學模型建立

2.1 磁力T型壓電俘能器的物理結構

所提出的磁力T型壓電俘能器，如圖1所示?！?br>